Η κυμάτωση της ισχύος μεταγωγής είναι αναπόφευκτη. Ο απώτερος σκοπός μας είναι να μειώσουμε την κυμάτωση εξόδου σε ένα ανεκτό επίπεδο. Η πιο θεμελιώδης λύση για την επίτευξη αυτού του σκοπού είναι να αποφύγουμε τη δημιουργία κυματισμών. Πρώτα απ 'όλα και η αιτία.
Με τον διακόπτη του ΔΙΑΚΟΠΤΗ, το ρεύμα στην επαγωγή L επίσης κυμαίνεται προς τα πάνω και προς τα κάτω στην έγκυρη τιμή του ρεύματος εξόδου. Επομένως, θα υπάρχει επίσης μια κυμάτωση που έχει την ίδια συχνότητα με τον διακόπτη στο άκρο εξόδου. Γενικά, οι κυμάτωση της ριμπάδας αναφέρεται σε αυτό, το οποίο σχετίζεται με την χωρητικότητα του πυκνωτή εξόδου και την ESR. Η συχνότητα αυτής της κυμάτωσης είναι η ίδια με την τροφοδοσία μεταγωγής, με εύρος από δεκάδες έως εκατοντάδες kHz.
Επιπλέον, ο διακόπτης χρησιμοποιεί γενικά διπολικά τρανζίστορ ή MOSFET. Ανεξάρτητα από το ποιο από τα δύο είναι, θα υπάρχει χρόνος ανόδου και μείωσης όταν είναι ενεργοποιημένος και νεκρός. Αυτή τη στιγμή, δεν θα υπάρχει θόρυβος στο κύκλωμα που να είναι ίδιος με τον χρόνο αύξησης και μείωσης του διακόπτη ανόδου ή μερικών φορών και γενικά να είναι δεκάδες MHz. Ομοίως, η δίοδος D βρίσκεται σε αντίστροφη ανάκτηση. Το ισοδύναμο κύκλωμα είναι η σειρά πυκνωτών αντίστασης και επαγωγέων, η οποία θα προκαλέσει συντονισμό και η συχνότητα θορύβου είναι δεκάδες MHz. Αυτοί οι δύο θόρυβοι ονομάζονται γενικά θόρυβος υψηλής συχνότητας και το πλάτος είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερο από την κυμάτωση.
Αν πρόκειται για μετατροπέα AC/DC, εκτός από τους δύο παραπάνω κυματισμούς (θόρυβο), υπάρχει και θόρυβος AC. Η συχνότητα είναι η συχνότητα της εισόδου τροφοδοτικού AC, περίπου 50-60Hz. Υπάρχει επίσης ένας θόρυβος co-mode, επειδή η συσκευή ισχύος πολλών τροφοδοτικών μεταγωγής χρησιμοποιεί το κέλυφος ως θερμαντικό σώμα, το οποίο παράγει ισοδύναμη χωρητικότητα.
Μέτρηση κυματισμών ισχύος μεταγωγής
Βασικές απαιτήσεις:
Σύνδεση με παλμογράφο AC
Όριο εύρους ζώνης 20MHz
Αποσυνδέστε το καλώδιο γείωσης του αισθητήρα
1. Η σύζευξη AC είναι η αφαίρεση της τάσης DC υπέρθεσης και η λήψη μιας ακριβούς κυματομορφής.
2. Το άνοιγμα του ορίου εύρους ζώνης των 20MHz αποσκοπεί στην αποτροπή παρεμβολών από θόρυβο υψηλής συχνότητας και στην αποτροπή σφάλματος. Επειδή το πλάτος της σύνθεσης υψηλής συχνότητας είναι μεγάλο, θα πρέπει να αφαιρεθεί κατά τη μέτρηση.
3. Αποσυνδέστε το κλιπ γείωσης του αισθητήρα παλμογράφου και χρησιμοποιήστε τη μέτρηση γείωσης για να μειώσετε τις παρεμβολές. Πολλά τμήματα δεν διαθέτουν δακτυλίους γείωσης. Αλλά λάβετε υπόψη αυτόν τον παράγοντα όταν κρίνετε εάν είναι κατάλληλος.
Ένα άλλο σημείο είναι η χρήση ακροδέκτη 50Ω. Σύμφωνα με τις πληροφορίες του παλμογράφου, η μονάδα 50Ω προορίζεται για την αφαίρεση του εξαρτήματος DC και τη μέτρηση με ακρίβεια του εξαρτήματος AC. Ωστόσο, υπάρχουν λίγοι παλμογράφοι με τέτοιους ειδικούς αισθητήρες. Στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται η χρήση αισθητήρων από 100kΩ έως 10MΩ, κάτι που είναι προσωρινά ασαφές.
Τα παραπάνω αποτελούν τις βασικές προφυλάξεις κατά τη μέτρηση της κυμάτωσης μεταγωγής. Εάν ο αισθητήρας του παλμογράφου δεν είναι άμεσα εκτεθειμένος στο σημείο εξόδου, θα πρέπει να μετρηθεί με συνεστραμμένες γραμμές ή ομοαξονικά καλώδια 50Ω.
Κατά τη μέτρηση θορύβου υψηλής συχνότητας, η πλήρης ζώνη του παλμογράφου είναι γενικά σε επίπεδο από εκατοντάδες mega έως GHz. Άλλες είναι ίδιες με τις παραπάνω. Ίσως διαφορετικές εταιρείες να έχουν διαφορετικές μεθόδους δοκιμών. Σε τελική ανάλυση, πρέπει να γνωρίζετε τα αποτελέσματα των δοκιμών σας.
Σχετικά με τον παλμογράφο:
Ορισμένοι ψηφιακοί παλμογράφοι δεν μπορούν να μετρήσουν σωστά τις κυματώσεις λόγω παρεμβολών και βάθους αποθήκευσης. Σε αυτή τη φάση, ο παλμογράφος θα πρέπει να αντικατασταθεί. Μερικές φορές, παρόλο που το εύρος ζώνης του παλιού παλμογράφου προσομοίωσης είναι μόνο δεκάδες mega, η απόδοση είναι καλύτερη από τον ψηφιακό παλμογράφο.
Αναστολή των κυματισμών ισχύος μεταγωγής
Για την εναλλαγή των κυματισμών, θεωρητικά και στην πραγματικότητα υπάρχουν. Υπάρχουν τρεις τρόποι για να τους καταστείλουμε ή να τους μειώσουμε:
1. Αυξήστε την αυτεπαγωγή και το φιλτράρισμα του πυκνωτή εξόδου
Σύμφωνα με τον τύπο της τροφοδοσίας μεταγωγής, το μέγεθος της διακύμανσης ρεύματος και η τιμή επαγωγής της επαγωγικής επαγωγής γίνονται αντιστρόφως ανάλογα και οι κυματισμοί εξόδου και οι πυκνωτές εξόδου είναι αντιστρόφως ανάλογα. Επομένως, η αύξηση των ηλεκτρικών πυκνωτών και των πυκνωτών εξόδου μπορεί να μειώσει τους κυματισμούς.
Η παραπάνω εικόνα είναι η κυματομορφή του ρεύματος στον επαγωγέα L της τροφοδοσίας μεταγωγής. Το ρεύμα κυμάτωσης △ i μπορεί να υπολογιστεί από τον ακόλουθο τύπο:
Μπορεί να φανεί ότι η αύξηση της τιμής L ή η αύξηση της συχνότητας μεταγωγής μπορεί να μειώσει τις διακυμάνσεις του ρεύματος στην επαγωγή.
Ομοίως, η σχέση μεταξύ των κυματισμών εξόδου και των πυκνωτών εξόδου: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). Μπορεί να φανεί ότι η αύξηση της τιμής του πυκνωτή εξόδου μπορεί να μειώσει την κυμάτωση.
Η συνήθης μέθοδος είναι η χρήση ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου για την χωρητικότητα εξόδου για την επίτευξη μεγάλης χωρητικότητας. Ωστόσο, οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές δεν είναι πολύ αποτελεσματικοί στην καταστολή του θορύβου υψηλής συχνότητας και η ESR είναι σχετικά μεγάλη, επομένως θα συνδεθεί ένας κεραμικός πυκνωτής δίπλα του για να αντισταθμιστεί η έλλειψη ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου.
Ταυτόχρονα, όταν λειτουργεί το τροφοδοτικό, η τάση VIN του ακροδέκτη εισόδου παραμένει αμετάβλητη, αλλά το ρεύμα αλλάζει με τον διακόπτη. Αυτή τη στιγμή, το τροφοδοτικό εισόδου δεν παρέχει πηγάδι ρεύματος, συνήθως κοντά στον ακροδέκτη εισόδου ρεύματος (λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον τύπο buck, που βρίσκεται κοντά στον διακόπτη), και συνδέει την χωρητικότητα για να παρέχει ρεύμα.
Μετά την εφαρμογή αυτού του αντιμέτρου, η τροφοδοσία του διακόπτη Buck φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Η παραπάνω προσέγγιση περιορίζεται στη μείωση των κυματισμών. Λόγω του ορίου όγκου, η αυτεπαγωγή δεν θα είναι πολύ μεγάλη. Ο πυκνωτής εξόδου αυξάνεται σε ένα ορισμένο βαθμό και δεν υπάρχει εμφανής επίδραση στη μείωση των κυματισμών. Η αύξηση της συχνότητας μεταγωγής θα αυξήσει τις απώλειες του διακόπτη. Έτσι, όταν οι απαιτήσεις είναι αυστηρές, αυτή η μέθοδος δεν είναι πολύ καλή.
Για τις αρχές της τροφοδοσίας μεταγωγής, μπορείτε να ανατρέξετε σε διάφορους τύπους εγχειριδίων σχεδιασμού τροφοδοσίας μεταγωγής.
2. Το φιλτράρισμα δύο επιπέδων είναι η προσθήκη φίλτρων LC πρώτου επιπέδου
Η ανασταλτική επίδραση του φίλτρου LC στην κυμάτωση θορύβου είναι σχετικά προφανής. Ανάλογα με τη συχνότητα κυμάτωσης που πρόκειται να αφαιρεθεί, επιλέξτε τον κατάλληλο πυκνωτή επαγωγής για να σχηματίσετε το κύκλωμα φίλτρου. Γενικά, μπορεί να μειώσει καλά τις κυμάτωση. Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να λάβετε υπόψη το σημείο δειγματοληψίας της τάσης ανάδρασης. (Όπως φαίνεται παρακάτω)
Το σημείο δειγματοληψίας επιλέγεται πριν από το φίλτρο LC (PA) και η τάση εξόδου θα μειωθεί. Επειδή κάθε επαγωγή έχει αντίσταση DC, όταν υπάρχει ρεύμα εξόδου, θα υπάρξει πτώση τάσης στην επαγωγή, με αποτέλεσμα τη μείωση της τάσης εξόδου του τροφοδοτικού. Και αυτή η πτώση τάσης αλλάζει με το ρεύμα εξόδου.
Το σημείο δειγματοληψίας επιλέγεται μετά το φίλτρο LC (PB), έτσι ώστε η τάση εξόδου να είναι η τάση που θέλουμε. Ωστόσο, εισάγονται μια επαγωγή και ένας πυκνωτής στο εσωτερικό του συστήματος ισχύος, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει αστάθεια του συστήματος.
3. Μετά την έξοδο της τροφοδοσίας μεταγωγής, συνδέστε το φιλτράρισμα LDO
Αυτός είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση των κυματισμών και του θορύβου. Η τάση εξόδου είναι σταθερή και δεν χρειάζεται να αλλάξει το αρχικό σύστημα ανάδρασης, αλλά είναι επίσης ο πιο οικονομικός και με την υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
Οποιοδήποτε LDO έχει έναν δείκτη: λόγο καταστολής θορύβου. Είναι μια καμπύλη συχνότητας-βάσης δεδομένων, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα είναι η καμπύλη του LT3024 LT3024.
Μετά το LDO, η κυμάτωση μεταγωγής είναι γενικά κάτω από 10mV. Το ακόλουθο σχήμα είναι η σύγκριση των κυμάτωσης πριν και μετά το LDO:
Σε σύγκριση με την καμπύλη του παραπάνω σχήματος και την κυματομορφή στα αριστερά, φαίνεται ότι η ανασταλτική επίδραση του LDO είναι πολύ καλή για τις κυματώσεις μεταγωγής εκατοντάδων KHz. Αλλά εντός ενός εύρους υψηλών συχνοτήτων, η επίδραση του LDO δεν είναι τόσο ιδανική.
Μειώστε τους κυματισμούς. Η καλωδίωση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) της τροφοδοσίας μεταγωγής είναι επίσης κρίσιμη. Για τον θόρυβο υψηλής συχνότητας, λόγω της μεγάλης συχνότητας της υψηλής συχνότητας, αν και το φιλτράρισμα μετά το στάδιο έχει μια συγκεκριμένη επίδραση, η επίδραση δεν είναι προφανής. Υπάρχουν ειδικές μελέτες σχετικά με αυτό. Η απλή προσέγγιση είναι να γίνει η σύνδεση της διόδου και της χωρητικότητας C ή RC ή να συνδεθεί η επαγωγή σε σειρά.
Το παραπάνω σχήμα είναι ένα ισοδύναμο κύκλωμα της πραγματικής διόδου. Όταν η δίοδος είναι υψηλής ταχύτητας, πρέπει να ληφθούν υπόψη παρασιτικές παράμετροι. Κατά την αντίστροφη ανάκτηση της διόδου, η ισοδύναμη επαγωγή και η ισοδύναμη χωρητικότητα μετατράπηκαν σε ταλαντωτή RC, δημιουργώντας ταλάντωση υψηλής συχνότητας. Για να καταστείλουμε αυτήν την ταλάντωση υψηλής συχνότητας, είναι απαραίτητο να συνδέσουμε την χωρητικότητα C ή ένα δίκτυο buffer RC και στα δύο άκρα της διόδου. Η αντίσταση είναι γενικά 10Ω-100 ω και η χωρητικότητα είναι 4,7PF-2,2NF.
Η χωρητικότητα C ή RC στη δίοδο C ή RC μπορεί να προσδιοριστεί με επαναλαμβανόμενες δοκιμές. Εάν δεν επιλεγεί σωστά, θα προκαλέσει πιο έντονη ταλάντωση.
Ώρα δημοσίευσης: 08 Ιουλίου 2023
